КАРБОНИЗАТОР НАПИТКА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗИРОВАННОГО НАПИТКА Российский патент 2015 года по МПК A23L2/54 C25B1/00 

Изобретение относится к карбонизатору напитка, а также к способу получения газированного напитка.

Многим людям нравится пить газированную воду и покупать, например, бутылки газированной воды с этой целью. Способы насыщения углекислым газом напитков и карбонизаторы напитка, которые могут быть использованы для таких способов, известны в области техники.

Например, EP-0919518 описывает карбонизатор для получения газированных напитков, например, обеспечивает сироп, смешанный с газированной водой. Карбонизатор включает в себя средства для хранения первой жидкости, которую будут газировать, причем упомянутые средства хранения практически включают в себя закрытый бак, имеющий присоединенный вход для упомянутой первой жидкости и присоединенный выход для упомянутой первой жидкости, как только ее насытили углекислым газом; устройство для подачи газа диоксида углерода под давлением в упомянутые средства хранения; устройства накачки для первой жидкости, расположенные внутри упомянутого средства для хранения, причем упомянутые устройства накачки имеют приводы, расположенные снаружи упомянутых средств хранения, причем устройство накачки управляется посредством магнитного взаимодействия между устройствами накачки и приводами; резервуар, в котором упомянутое средство хранения размещается, причем упомянутый резервуар содержит вторую жидкость, которая окружает, по меньшей мере, часть упомянутого средства хранения; и устройство взбалтывания, расположенное ниже средства хранения, для взбалтывания упомянутой второй жидкости, причем устройство взбалтывания соединено непосредственно с упомянутым приводом.

WO-2003/064314 описывает водораздатчик. Водораздатчик включает в себя подающий воду трубопровод, который связан с источником воды, первый и второй баки, которые хранят воду, подаваемую из подающего воду трубопровода, бак для СО₂, бак для газированной воды, охлаждающий трубопровод, который вентилирует первый бак, второй бак и бак для СО₂, устройство выпуска воды, первый трубопровод для выпуска воды, который доходит до устройства выпуска воды из второго бака, а также второй трубопровод выпуска воды, который доходит до устройства выпуска воды из второго бака. Бак для СО₂ размещают близко к, по меньшей мере, одному из первого бака и второго бака. Согласно WO-2003/064314 количество воды, которое может быть подано, повышается, и эффективность охлаждения бака для СО₂ также улучшается.

Для того чтобы получить газированную воду (например, дома или в офисах) в настоящее время необходимы баллоны с жидким СО₂, которые могут быть дорогими и громоздкими для получения. Баллоны с СО₂ могут, например, теперь стоить примерно 10 ∈ - для 60 л газированной воды и 20 ∈ - за аренду баллона. К тому же, они обычно недоступны в супермаркетах. Также, аппараты, работающие с такими баллонами, могут требовать дорогие стальные материалы, которые могут работать при давлении 60 бар (обычные затраты на аппарат 80 ∈). Более того, клиенты иногда жалуются на вкус газированной воды, полученной в таком оборудовании. К тому же, такие системы очень энергоемкие.

Таким образом, аспектом изобретения является создание альтернативного способа для обеспечения газированного напитка и/или карбонизатора напитка, который может быть использован для такого способа, который предпочтительно, еще, по меньшей мере, частично устраняет один или более из вышеописанных недостатков.

Согласно первому аспекту, изобретение обеспечивает карбонизатор напитка ("устройство"), включающий с себя (1) блок генерации СО₂, содержащий фотоэлектрохимический элемент, предназначенный для превращения под влиянием света органического соединения, содержащегося в первой жидкости в, по меньшей мере, СО₂ и для получения СО₂-содержащего газа, (2) регулятор давления, предназначенный для создания повышенного давления СО₂-содержащего газа, и (3) смесительную камеру для смешивания СО₂-содержащего газа, находящегося под давлением со второй жидкостью для получения газированного напитка. Фотоэлектрическим элементом является, по существу, элемент, который под воздействием света, т.е. фотокаталитически, может превращать органические соединения в СО₂.

В дополнительном аспекте, изобретение предлагает способ ("метод" или "процесс") для получения газированного напитка, включающий в себя превращение фотоэлектрически органического соединения в первой жидкости в, по меньшей мере, СО₂ для получения СО₂-содержащего газа и примешивание СО₂-содержащего газа под давлением со второй жидкостью для обеспечения газированного напитка. По существу, в этом способе может быть использован карбонизатор напитка, как здесь описано.

Настоящее изобретение делает возможным использование легкодоступных источников органического углерода, такого как крахмальная патока, как источник СО₂, делая альтернативные издержки производства такого устройства значительно ниже. Изобретение, по существу, использует фотоэлектрохимический элемент, в котором, например, такое органическое соединение как глюкоза, может быть превращено в СО₂. На одном электроде ("аноде") элемента фотоны поглощаются полупроводниковым материалом и образуются электроны зоны проводимости и дырки валентной зоны, которые могут окислять, например, глюкозу до СО₂. Электроны, генерируемые с помощью фотоконверсионного процесса, перемещаются ко второму электроду ("катоду") в элементе, где они реагируют с кислородом, чтобы дать воду. В этом фотоиндуцированном процессе генерируется электричество, которое может (частично) использоваться для приведения в действие устройства.

Например, 1 кг сахара может легко произвести достаточно СО₂ для создания 200 л газированной воды (1 кг сахарозы (C₁₂H₂₂O₁₁) составляет 2,92 моль, и может быть окислен до 35 моль, или 1543 г СО₂. Сильногазированная вода содержит примерно 6 г/л СО₂, так примерно из 1 кг сахара может быть изготовлено 257 л газированной воды). Содержание СО₂ может быть модифицировано в соответствии с требованиями заказчика, поскольку хорошо известно, что люди имеют разные вкусы относительно содержания пузырьков газа в воде. Цена за газированную воду может, таким образом, особенно снизиться. Более того, устройство могло быть конструктивно исполнено для работы при низком давлении, не требуя дорогих материалов для высокого давления.

Термин напиток или питье, представляет собой жидкость, которую специально готовят для потребления человеком. Термин "напиток" может не относиться к воде, как таковой, но в этом изобретении вода, насыщенная (аэрированная) углекислым газом (газированная вода), считается напитком. Примерами напитков, среди прочего, являются кола, газированная вода, холодный чай, лимонад, сквош, фруктовый пунш, горячий шоколад, горячий чай, горячий кофе, молоко, молочный коктейль, вино, пиво, рутбир, содовая вода с апельсиновой отдушкой, содовая вода с виноградным вкусом, крем-сода, а также имбирное пиво. Отсюда, термин "напиток" может относиться, среди прочего, к алкогольному напитку, неалкогольному напитку и безалкогольному питью. Газированные напитки, которые могут быть произведены с помощью устройства и способа изобретения, потребляются предпочтительно холодными, такие как кола, газированная вода, холодный чай, лимонад, сквош, фруктовый пунш, вино, пиво, содовая вода с апельсиновой отдушкой, содовая вода с виноградным вкусом, крем-сода, а также имбирное пиво. По существу, в данном случае напиток не является молочным напитком. Отсюда, предпочтительно, что второй жидкостью является напиток или предшественник напитка. Примерами предшественников напитков являются вода или смесь колы, которые превращаются в напиток путем введения СО₂ в предшественник напитка (для обеспечения газированной воды и колы, соответственно). В отдельных вариантах воплощения второй жидкостью является вода, особенно, таким образом, негазированная вода, такая как водопроводная вода, негазированная минеральная вода, деминерализованная вода и т.д.

Отдельным аспектом изобретения является использование фотоэлектрохимического элемента для получения СО₂ и электричества на месте. По существу, фотоэлектрическим элементом является фотоэлектрический элемент на основе нано-TiO₂. Как известно в области техники, могут быть использованы красители для повышения чувствительности нано-TiO₂ (тип элемента Гратцеля). Также могут быть использованы другие полупроводниковые материалы, такие как ZnO или CdS. Такие фотоэлектрохимические элементы могут, в принципе, также быть использованы для природовосстановления, т.е. очистки воды и сточных вод, снижения загрязнения воздуха и дезинфекции, поскольку они способны удалять органические соединения, как здесь использовано, с генерацией СО₂. Это, например, относится к работе Masao Kaneko с соавторами "Photoelectrochemical reaction of biomass and bio-related compounds with nanoporous TiO₂ film photoanode and О₂-reducing cathode", Electrochemistry Communications, 8 (2006) 336.

Преимущественно, с устройством и способом изобретения в одно и тоже время генерируется СО₂ и электричество. СО₂ и электричество генерируются путем снабжения первой жидкостью фотоэлектрического элемента и облучения (например, солнечным светом и/или искусственным светом) элемента, главным образом анода. По меньшей мере, часть СО₂ вводят во вторую жидкость, и, по меньшей мере, часть электричества может быть использована для приведения в действие устройства.

Электричества, генерированного изнутри, может быть недостаточно для приведения в действие всего устройства. Отсюда, устройство может приводиться в действие электричеством от дополнительного источника электроэнергии, такого как внутренний или внешний источник электроэнергии. В варианте воплощения карбонизатор напитка может дополнительно включать в себя источник света (источник искусственного света), предназначенный обеспечить, по меньшей мере, часть света, потребляемого фотоэлектрохимическим элементом.

В варианте воплощения добавляют УФ лампу к устройству, которая дает свет, для того чтобы управлять электрохимической фотореакцией. Эта лампа может питаться от сети или от (аккумуляторной) батареи. Если устройство рассчитано на поступающее естественное освещение, то устройство должно полностью себя обеспечивать энергией (насосы и т.д.) с помощью производимого электричества.

Поэтому способ изобретения может дополнительно включать в себя снабжение светом от источника света, такого как (УФ) лампа, фотоэлектрического элемента. Видимый свет (тоже) используют для приведения в действие фотоэлектрохимического элемента. Например, легированный азотом TiO₂ может быть использован как полупроводник, который может осуществлять превращение органического вещества в СО₂ под влиянием видимого света, но другие диффузанты в TiO₂ тоже могут иметь этот эффект. (см., например, Nick Serpone, "Is the Band Gap of Pristine TiO2 Narrowed by Anion and Cation Doping of Titanium Dioxide in Second-Generation Photocatalysts", J. Phys. Chem. B, 2006, 110 (48), 24287-24293).

Необязательно или дополнительно, способ еще может включать в себя снабжение солнечным светом фотоэлектрического элемента. Например, солнечный концентратор может быть предназначен для концентрирования солнечного света и снабжения этим солнечным светом фотоэлектрохимического элемента, необязательно, посредством другого оптического устройства, такого как одна или более линз, зеркало и зеркало.

Отсюда, в варианте воплощения карбонизатор напитка включает в себя электронный компонент (такой как насос, электронный прибор, блок управления, охлаждающий элемент и т.д.), в котором фотоэлектрохимический элемент предназначен для обеспечения, по меньшей мере, части электричества, потребляемого электронным компонентом.

Следующие реакции могут иметь место в элементе с глюкозой в качестве примера. Первой стадией является поглощение света полупроводниковым электродом согласно

hν→h⁺+e^-, (1)

генерирование дырок (h⁺) в валентной зоне - VB(Valence Band) (VB, голубой) и электронов зоны проводимости - CB(Conduction Band) (СВ, красный). Следующим шагом является то, что глюкоза окисляется VB-дырками согласно

C₆H₁₂O₆+6H₂O+24h⁺→CO₂+24H⁺. (2)

СВ-электроны перемещаются ко второму электроду, на котором кислород будет восстанавливаться согласно

6O₂+24H⁺+24e^-→12H₂O. (3)

Суммарной реакцией является

C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O. (4)

Вторую реакцию катализируют, используя фотокатализ. Электрод может, например, быть покрыт фотокатализатором, например, диоксидом титана, а также может быть облучен с помощью подходящего источника света (УФ для диоксида титана), например УФ СИД или источник других длин волн, если используют другие полупроводники для активации фотокатализатора. Электроны и дырки будут генерироваться, при этом дырки будут окислять или глюкозу, или другое органическое соединение непосредственно, или с промежуточными гидроксильными радикалами. Электроны будут перемещаться к катоду, где они с протонами из жидкости превратят кислород в воду.

Для того чтобы улучшить катодную реакцию, воздух может быть смешан с жидкостью в катодной стороне, например, путем вдувания воздушных пузырьков. Отсюда, способ также заключает обеспечение катода кислородсодержащим газом, таким как барботажный воздух в жидкости в катодной стороне.

Для дополнительного улучшения выхода по току анод и катод могут быть разделены селективной мембраной, препятствующей кислороду двигаться к аноду, но позволяя H₃0⁺ ионам двигаться свободно через мембрану. По существу, фотоэлектрический элемент включает в себя мембрану, предназначенную для обеспечения анодного отделения (e^-/H⁺/CO₂ генерация) и катодного отделения (e^-/H⁺/потребление), при этом мембраной является протонообменная мембрана.

Следует отметить, что электрохимическое окисление глюкозы в СО₂ требует 24 носителя заряда, и отсюда следует то, что эта реакция может быть значительно более сложной, чем здесь указано. Например, следует ожидать, что вовлекаются процессы двойного тока, так что первоначальное окисление действительно имеет место посредством VB, но что свежеприготовленные промежуточные соединения могут непосредственно впускать дырки в CB полупроводникового электрода.

Как упомянуто выше, в качестве примера использовали глюкозу. Отсюда, альтернативно или дополнительно, могут быть тоже использованы другие органические соединения. Органическим соединением может быть любое соединение, которое доступно как жидкость при температурах в интервале примерно 5-50°C, или которое может заключаться в жидком носителе, предпочтительно растворимое, и которое еще может быть фотоэлектрохимически превращено в СО₂ (и другие соединения, такое как, например, H₂O). Термин "органическое соединение" может также относиться к множеству органических соединений. Отсюда, первая жидкость может также содержать комбинацию различных органических соединений.

В отдельном варианте воплощения первая жидкость содержит сахарид в качестве органического соединения. Здесь сахаридом называется одно или более из моносахарида, дисахарида или олигосахарида.

Моносахарид предпочтительно выбирают из группы, состоящей из альдозы и кетозы. В варианте воплощения органика включает одно или более соединений из глюкозы и фруктозы. Дисахарид предпочтительно выбирают из группы, состоящей из сахаробиозы, лактулозы, лактозы и мальтозы. В варианте воплощения органика включает одно или более из сахаробиозы (сахарозы) и лактозы.

Олигосахарид предпочтительно выбирают из группы, состоящей из трисахаридов, тетрасахаридов и пентасахаридов, такой как мальтотриоза.

Предпочтительно, глюкозу, и/или фруктозу, и/или сахаробиозу, и/или лактозу выбирают в качестве органического(их) соединения(й). По существу, первая жидкость содержит одно или более из глюкозы и сахарозы (сахаробиозы) в качестве органического(их) соединения(й). Отсюда, в качестве первой жидкости может быть использован, например, сахарный сироп. Первая жидкость предпочтительна на водной основе. В варианте воплощения первой жидкостью является вода, в которой растворяют органическое соединение.

Устройство может работать непрерывно или периодически. Подобным образом, способ может осуществляться непрерывно или периодически.

В варианте воплощения блок генерации СО₂ предназначен для непрерывной генерации СО₂ из первой жидкости.

К тому же, карбонизатор напитка может включать в себя камеру для хранения СО₂, т.е. камеру, в которой СО₂-содержащий газ может храниться (временно). Камера для хранения может использоваться для хранения СО₂ под давлением, что может облегчить последующее введение СО₂ во вторую жидкость. Термин "СО₂-содержащий газ" будет, в общем, относиться к воздуху, обогащенному СО₂, но может в отдельном варианте воплощения также относится к, по существу, чистому СО₂. В варианте воплощения карбонизатор напитка предназначен для хранения СО₂ в жидком состоянии. Отсюда, изобретение может еще включать в себя хранение СО₂-содержащего газа под давлением (в качестве газа или в качестве жидкости).

Вдобавок к СО₂ другие компоненты могут быть также добавлены со второй жидкостью, такие как ароматизатор, краситель, сахар, минеральное вещество и т.д. Отсюда, в отдельном варианте воплощения карбонизатор напитка может еще включать в себя дозирующий блок, предназначенный для снабжения дополнительным соединением ("добавкой") второй жидкости или газированного напитка, и при этом дополнительное соединение предпочтительно выбирают из группы, состоящей из ароматизатора, усилителя вкуса, красителя, сахара и минерального вещества. Подобным образом, способ еще может заключать снабжение таким дополнительным соединением второй жидкости или газированного напитка. Содержание минеральных веществ можно регулировать по запросам потребителя, т.е. с целью применений для здорового образа жизни и здоровья. Также содержание других добавок, таких как ароматизатора, красителя и сахара, могут регулироваться по желанию потребителя. Сахара и минералы, которые могут влиять на вкус, могут считаться усилителями вкуса. Как будет ясно специалистам в области техники, изобретение также включает в себя варианты воплощения, в которых добавляют одну или более добавок ко второй жидкости, и одну или более (других) добавок добавляют к газированному напитку.

Дополнительные признаки могут быть добавлены к устройству, такие как охлаждающий элемент и/или блок очистки воды (например, УФ дезинфекция, удаление ионов, удаление загрязняющих веществ).

Интересным дополнением могло быть удаление загрязняющих веществ с помощью пероксида водорода + УФ. Пероксид водорода мог генерироваться в фотоэлектрохимическом элементе путем использования различного типа катализатора на катоде, создающего реакции:

C₆H₁₂O₆+6H₂O+24h⁺→CO₂+12H⁺

12O₂+24H⁺+24e^-→12H₂O₂

C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+12H₂O₂ (5)

К тому же, как пример, глюкозу используют в качестве органического соединения. Отсюда, с таким же успехом, могут быть использованы другие органические соединения.

Пероксид водорода затем можно было хранить или немедленно использовать для обработки воды, если вторая жидкость, такая как вода, которая может присутствовать в устройстве. H₂O₂ генерируется на катодной стороне. Отсюда, жидкость, содержащая органическое соединение, может быть использована на анодной стороне и, например, вода может быть использована на катодной стороне. В то же время генерируется СО₂, вода может быть "обработана" на катодной стороне. Эта обработанная вода может (потом) быть использована как питьевая вода, и СО₂ может быть введен в эту воду, для того чтобы образовать газированную воду как напиток.

Отсюда, перед производством газированного напитка вторая жидкость может быть очищена. Вторая жидкость может быть обработана с помощью H₂O₂ и/или УФ светом, для того чтобы разрушить нежелательные частицы, такие как бактерии, вирусы, а также органические соединения. В отдельном варианте воплощения карбонизатор напитка может, поэтому, включать в себя фотоэлектрохимический элемент, предназначенный также генерировать H₂O₂, и способ может дополнительно включать в себя очистку второй жидкости с помощью H₂O_2, предпочтительно до смешивания СО₂-содержащего газа под давлением со второй жидкостью. Отсюда, этот H₂O₂ предназначен для обработки второй жидкости. Отсюда, в варианте воплощения способ может еще включать в себя очистку второй жидкости с помощью H₂O₂. Необязательно, H₂O₂-содержащая жидкость, образованная таким образом, может быть использована для очистки второй жидкости. Отсюда, в варианте воплощения вторую жидкость используют для генерирования H₂O₂, а также в другом варианте воплощения H₂O₂-содержащую жидкость используют для обработки второй жидкости.

Альтернативно или дополнительно, вторая жидкость может также быть обработана УФ светом. Совместную обработку УФ и H₂O₂ также указывают как "углубленное окисление". Обработка второй жидкости будет, в основном, осуществляться до введения СО₂. Перед введением СО₂ (очищенная) жидкость также может быть подвергнута фильтрации. Эта фильтрация может быть использована для удаления нежелательных соединений, таких как органических соединений (например, осадков из обработки очисткой с H₂O₂ и/или УФ светом) из воды или другой второй жидкости. Отсюда, в варианте воплощения способ может дополнительно включать в себя очистку второй жидкости с помощью H₂O₂ или УФ светом или и тем, и другим.

Отсюда, изобретение обеспечивает, например, устройство, в котором производят газированную воду, в котором органическое вещество используют как источник СО₂. По существу, используемым органическим веществом является сахар, такой как глюкоза. В устройстве используют фотокатализатор, в особенности TiO₂, для превращения органического вещества в СО₂ и H₂O. К тому же, в варианте воплощения к газированной воде могут быть добавлены сахар или ароматизаторы и/или минеральные вещества. Количество СО₂, и, необязательно, добавляемых добавок, таких как сахар, ароматизатор, минерал или краситель, может регулироваться заказчиком.

Необязательно, свет может генерироваться источником УФ света, например, светоизлучающим диодом (СИД), чтобы управлять фотоэлектрохимическим элементом. В варианте воплощения используют активный фотокатализатор видимого света, такой как легированный азотом TiO₂. Отсюда, в дополнительном варианте воплощения свет может генерироваться источником видимого света, например, СИД, для приведения в действие фотоэлектрохимического элемента. Как раз, рассеянный свет может быть использован для активации фотокатализатора фотоэлектрохимического элемента. Может быть использован один рассеянный свет или в комбинации со светом от источника света, такого как (УФ) СИД. К тому же, устройство может быть снабжено еще функцией очистки (воды).

Как будет ясно специалистам в области техники, также может быть использована батарея фотоэлектрохимических элементов. Термин "фотоэлектрохимический элемент" в варианте воплощения может относиться к батарее фотоэлектрохимических элементов или к множеству фотоэлектрохимических элементов.

Ниже описаны варианты воплощения изобретения, только как пример, со ссылкой на прилагающиеся схематические чертежи, в которых ссылочные обозначения указывают соответствующие части, и на которых:

Фигура 1 схематически изображает вариант воплощения карбонизатора напитка;

Фигуры 2a-2b схематически изображают несколько вариантов воплощения и варианты, вслед за этим, карбонизатора напитка;

Фигура 3 схематически изображает несколько возможных схем для получения газированного напитка; и

Фигура 4 схематически изображает принцип фотоэлектрохимического элемента карбонизатора напитка.

Подробное описание вариантов воплощения

Фигура 1 схематически изображает вариант воплощения карбонизатора 1 напитка для обеспечения газированного напитка 2. Карбонизатор 1 напитка включает в себя блок 10 генерации СО₂, регулятор 30 давления, смесительную камеру 40. Карбонизатор 1 напитка может быть использован для получения газированного напитка 2 путем превращения фотоэлектрохимически органического соединения в первой жидкости в, по меньшей мере, СО₂ в блоке 10 генерации СО₂ для получения СО₂-содержащего газа и смешивания СО₂-содержащего газа под давлением, обеспеченного регулятором 30 давления, таким как насос, со второй жидкостью в смесительной камере 40 для обеспечения газированного напитка 2.

Блок 10 генерации СО₂ включает в себя отделение для первой жидкости 21, содержащей органическое соединение 23. Блок 10 генерации СО₂ включает в себя фотоэлектрохимический элемент 22, предназначенный для превращения органического соединения 23 в первой жидкости 21 под влиянием света 24 в, по меньшей мере, СО₂ и для получения СО₂-содержащего газа, указанного ссылкой 25.

Фотоэлектрохимический элемент 22 обычно разделяют мембраной 200 в анодном и катодном отделениях (для дополнительных подробностей и вариантов см. фигуру 4 и ее описание).

К тому же, регулятор 30 давления предназначен поддерживать повышенное давление СО₂-содержащего газа 25. Смесительная камера 40 предназначена для смешивания СО₂-содержащего газа 25 под давлением со второй жидкостью 41, такой как вода или предшественник колы, для обеспечения газированного напитка 2.

Устройство 1 может работать непрерывно, до тех пор, пока не получится заданное количество СО₂, подобное количеству, необходимому для 1 л газированной воды. Это может уменьшить размер необходимых электродов. Вдобавок, это может легко сделать возможным регулирование содержания СО₂ в газированной воде: газ мог смешиваться немедленно с водой, если вода есть в баке-хранилище.

Для того чтобы растворить избыток газа и создать газированную воду может потребоваться повышенное давление, например, избыточное давление 2 бар, которое получается при использовании регулятора 30 давления, такого как насос. В альтернативных вариантах воплощения СО₂ хранят как, по существу, чистый газ, при том повышенное давление также является оптимальным для использования меньшего пространства. Потом повышенное давление может быть использовано для проведения смешивания с водой.

Например, для 1 л воды необходимо 6 г СО₂ из хранилища, которое использует при избыточном давлении 10 бар объем 0,3 л, больший объем делает возможным более низкое давление. В другом альтернативном варианте воплощения СО₂ может храниться как жидкость, но это требует как раз высоких давлений (>60 бар), делая устройство более дорогим. Важным признаком устройства может быть - делать количество СО₂, добавляемого к воде, регулируемым для потребителя. Это может регулироваться различными способами, например, корректированием давления смеси или перемещением меньшего количества СО₂ в смесительное отделение. Необязательно, могли быть добавлены pH сенсор, интегратор тока и сенсор давления в устройство для определения количества растворенного СО₂ (во второй жидкости 41).

Свет 24 может быть обеспечен как рассеянный свет, как солнечный свет, как свет источника света, такой как СИД, или комбинации двух или более таких источников света. Используемый свет может быть видимым светом или УФ светом или их комбинацией.

На фигуре 1 СО₂ (во второй жидкости 41) указан с помощью пузырьков 42. К тому же, в качестве примера, смесительная камера 40 заключает в себе кран 43 для выпуска газированного напитка 2. Электрические части указаны со ссылкой 60. Например, регулятор 30 давления может приводиться в действие электрически.

Фигуры 2а-2b схематически изображают несколько других вариантов воплощения и варианты, которые могут быть скомбинированы друг с другом или с вариантом воплощения, схематически изображенным на фигуре 1.

Фигура 2а схематически изображает такой же вариант воплощения, как схематически изображенный на фигуре 1, но с несколькими добавочными опциями. Ссылка 70 указывает камеру для хранения, в которой СО₂-содержащий газ может (временно) храниться. Эта камера 70 для хранения может использоваться в качестве промежуточного накопителя СО₂-содержащего газа 25. Таким образом, смешивание СО₂ со второй жидкостью 41 может осуществляться относительно быстро. СО₂-содержащий газ 25 может храниться как газ, но СО₂ может также храниться в жидкой фазе. В обоих случаях камера для хранения находится под давлением (с помощью регулятора 30 давления). Хранение, таким образом, может происходить в условиях повышенного давления. Регулятор 30 давления может быть предназначен для хранения СО₂-содержащего газа под давлением в камере 70 для хранения.

Фигура 2а еще схематически изображает дозирующий блок 80, который может быть использован для добавления добавок со второй жидкостью и/или газированному напитку 2. Добавки, например, могут быть красителями, ароматизаторами, вкусовыми добавками и т.д. Вкусовая добавка, может быть, например, сахаром, но может также включать минеральное вещество. Добавку можно добавлять или не добавлять, в зависимости от пожеланий потребителя и/или компоновки карбонизатора 1 напитка. Электроника, например, вся электроника для управления карбонизатором 1 напитка, включая необязательную батарею или линию сети электроснабжения, указана ссылкой 100.

Электроникой 100 также является электронная часть 60, которая может получать, по меньшей мере, часть электрической энергии от фотоэлектрохимического элемента 22.

На фигуре 2b схематически изображен вариант воплощения, в котором электроды (не изображено) фотоэлектрохимического элемента 22 от карбонизатора 1 напитка отделяют мембраной 200, с катодом, главным образом, приспособленным для генерации H₂O₂ (наряду с тем, что СО₂ еще генерируется на аноде). К тому же, фотоэлектрохимическая ячейка 22 будет вероятно использовать вторую жидкость 41 для генерации H₂O₂ (см. вышеприведенные схемы реакций).

Образовавшаяся H₂O₂ может быть использована для очистки второй жидкости 41. Вторая жидкость 41, главным образом, вода, может быть обработана с помощью H₂O₂ для разрушения, например, нежелательных органических соединений. Альтернативно или дополнительно, вторая жидкость 41, главным образом вода, может быть обработана также с помощью УФ света (указанного ссылкой 24 (пунктирная стрелка), и здесь, по меньшей мере, включая в себя УФ свет). Необязательно, обработанная вторая жидкость 41 может быть профильтрована с помощью блока 110 фильтрования для обеспечения обработанной и профильтрованной второй жидкости 41 смесительной камеры 40. В смесительной камере 40 (обработанную) вторую жидкость 41 обеспечивают СО₂-содержащим газом 25 посредством регулятора 30 давления, и, здесь, необязательно, могут быть добавлены также другие компоненты со второй жидкостью 41, такие как ароматизаторы или красители, для обеспечения газированного напитка 2.

Фигура 3 схематически изображает несколько схем для получения газированного напитка 2. С левой стороны первая жидкость 21, по меньшей мере, частично превращается в СО₂-содержащий газ 25. Этот газ соединяют со второй жидкостью 41 для обеспечения газированного напитка 2. Вторая жидкость 41, одна из двух, может быть непосредственно соединена с СО₂-содержащим газом 25, но может быть, необязательно, сначала также подвергнута процессу очистки 190, включающему обработку с H₂O₂ и/или УФ, а также необязательному фильтрованию (см. также вышеприведенное). К тому же, добавки 81 необязательно могут быть введены в газированный напиток 2, или вторую жидкость 41, или в очищенную вторую жидкость (или и в то, и в другое).

Фигура 4 схематически изображает блок 10 генерации СО₂ с фотоэлектрохимическим элементом 22. (Фотоэлектрохимический элемент 22), как схематически изображен на фигуре 4 и как дополнительно описан ниже, может быть использован в вариантах воплощения, схематически изображенных на фигурах 1-3, а также описанных здесь выше.

Следующие реакции могут иметь место в элементе, если работать с глюкозой. Первой стадией является поглощение света полупроводниковым электродом 140 (также указанным как анод) согласно

hν→h⁺+e^-, (1)

генерирование дырок (h⁺) в валентной зоне (VB, 141) и электронов в зоне проводимости (СВ, 142). Следующей стадией является то, что глюкоза окисляется VB-дырками согласно

C₆H₁₂O₆+6H₂O+24h⁺→6CO₂+24H⁺. (2)

СВ-электроны перемещаются ко второму электроду 143 (также указан как катод), на котором кислород будет восстанавливаться согласно

6O₂+24H⁺+24e^-→12H₂O. (3)

Суммарной реакцией является

C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O. (4)

(Полупроводниковый) электрод 140 в варианте воплощения может быть покрыт фотокатализатором, например, диоксидом титана, и облучаться с помощью подходящего источника света (УФ для диоксида титана, например, УФ СИДы, может быть предназначен, например, для активации фотокатализатора). Будут генерироваться электроны и дырки, при этом дырки будут окислять глюкозу или непосредственно, или с промежуточным гидроксилом, или другими радикалами. Электроны будут перемещаться к катоду, где они превращают в воду кислород с протонами из жидкости.

Предпочтительно, фотоэлектрохимический элемент 22 дополнительно включает в себя мембрану 200, разделяющую фотоэлектрохимический элемент 22 на катодное отделение и анодное отделение.

Предпочтительно, эта мембрана 200 предназначается для позволения протону перемещаться из анодного отделения 201 к катодному отделению 202. К тому же, предпочтительно, что мембрана является барьером для органического материала, такого как глюкоза, и других (промежуточных) продуктов, которые могут образоваться на анодной стороне. Предпочтительно, мембрана является также непроницаемой для кислорода на катодной стороне, и перемещение кислорода от катодного отделения 202 к анодному отделению 201 замедляется или предотвращается. Мембрана 200 предпочтительно не является проницаемой для электронов из катодного отделения 202 в анодное отделение 201. Однако фотоэлектрохимический элемент 22 предпочтительно включает в себя мембрану 200, предназначенную для обеспечения анодного отделения 201 и катодного отделения 202, при этом мембрана 200 является протонообменной мембраной, главным образом, предназначенной позволять протонам мигрировать из анодного отделения 201 в катодное отделение 202.

Жидкость 21, содержащую органическое соединение 23, подают в анодное отделение 201. Жидкость в анодном отделении, указанном ссылкой 121, может быть той же жидкостью 21, содержащей органическое соединение 23, т.е. первой жидкостью, но предпочтительно является водой (третья жидкость). К тому же, предпочтительно, что фотоэлектрохимическая ячейка 22 включает в себя вход 220 для снабжения катода 143 О₂-содержащим газом, таким как воздух. Например, воздух может барботироваться в жидкость 121 в катодном отделении 202. В варианте воплощения газ может вытекать из катодного отделения 202 посредством отверстия 230, например, клапана.

В отдельном варианте воплощения катод 143 конструктивно выполняют (также) для генерации H₂O₂. Таким образом, жидкость 121 в катодном отделении 202 может быть обработана с помощью H₂O₂ или может быть носителем H₂O₂ (т.е. H₂O₂-содержащей жидкостью), которая может быть использована для обработки, например, второй жидкости. В предпочтительном варианте, вторую жидкость 41 вводят в катодное отделение 202, и может быть использована H₂O₂, необязательно в комбинации с УФ-обработкой, для обработки второй жидкости 41, такой как вода.

Термин "главным образом (по существу)" в этом описании, такой как в, "по существу, все излучение" или в, "по существу, состоит" будут понятны специалистам в области техники. Термин "главным образом (по существу)" может также заключать варианты воплощения с "целиком", "полностью", "все" и т.д. Отсюда, в вариантах воплощения определение "главным образом (по существу)" может быть также удалено. Где пригодно, термин "главным образом (по существу)" может также относиться к 90% или выше, такому как 95% или выше, особенно 99% или выше, даже более особенно 99,5% или выше, включая 100%. Термин "включать в себя" также охватывает варианты воплощения, в которых термин "включает в себя" означает "состоит из".

Более того, термины первый, второй, третий и подобное в описании и формуле изобретения использованы для отличия между похожими элементами и не обязательны для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что так используемые термины являются равнозначными при соответствующих обстоятельствах, и, что варианты воплощения, описанные здесь, способны к действию в других последовательностях, чем здесь описанные или иллюстрированные.

Устройство здесь описывают, среди прочего, во время работы. Как будет ясно специалистам в области техники, изобретение не ограничивается способами работы или устройствами в работе.

Необходимо отметить, что вышеупомянутые варианты воплощения иллюстрируют, вместо того чтобы ограничивать изобретение, и что те специалисты в области техники будут способны разработать многие альтернативные варианты воплощения без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые позиционные обозначения, расположенные в круглых скобках, не должны толковаться как ограничивающие пункт. Использование глагола "включать в себя" и его спряжения не исключают присутствие элементов или этапов вместо элементов и этапов, установленных в пункте. Элемент в единственном числе не исключает присутствие множества таких элементов.

Изобретение может быть осуществлено посредством оборудования, включающего в себя несколько отдельных элементов, а также посредством соответственно запрограммированного компьютера. В пункте устройства перечисление нескольких устройств, нескольких из этих устройств может быть осуществлено тем же самым номером оборудования.

Тот лишь факт, что определенные признаки указаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих признаков не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к карбонизатору напитка и к способу получения газированного напитка. Карбонизатор напитка содержит блок для генерации CO₂, включающий в себя фотоэлектрохимический элемент, предназначенный для превращения сахарида в первой жидкости, содержащей сахарид, под влиянием света в CO₂ и воздух, обогащенный CO₂; регулятор давления, предназначенный для поддерживания повышенного давления воздуха, обогащенного CO₂; и смесительную камеру для смешивания воздуха, обогащенного CO₂, под давлением со второй жидкостью для получения газированного напитка. Технический результат - снижение энергозатрат, возможность получения газированного напитка без использования громоздких баллонов со сжиженным газом. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Карбонизатор (1) напитка для получения газированного напитка (2), содержащий:
блок (10) для генерации CO₂, включающий в себя фотоэлектрохимический элемент (22), предназначенный для превращения сахарида (23) в первой жидкости (21), содержащей сахарид (23), под влиянием света (24) в CO₂ и воздух (25), обогащенный CO₂;
регулятор (30) давления, предназначенный для поддерживания повышенного давления воздуха, обогащенного CO₂ (25); и
смесительную камеру (40) для смешивания воздуха, обогащенного CO₂ (25), под давлением со второй жидкостью (41) для получения газированного напитка (2).

2. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, в котором фотоэлектрический элемент представляет собой фотоэлектрохимический элемент на основе нано-TiO₂.

3. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, в котором карбонизатор (1) напитка включает в себя электронный компонент (60), причем фотоэлектрохимический элемент предназначен для получения, по меньшей мере, части электричества, затрачиваемого электронным компонентом (60).

4. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, содержащий источник (100) света, предназначенный для получения, по меньшей мере, части света, затрачиваемого фотоэлектрохимическим элементом.

5. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, в котором фотоэлектрохимический элемент (22) содержит мембрану (200), предназначенную для обеспечения анодного отделения (201) и катодного отделения (202), при этом мембрана (200) представляет собой протонообменную мембрану.

6. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, который дополнительно включает в себя камеру для хранения CO₂ (70).

7. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, который дополнительно включает в себя дозирующее устройство (80), предназначенное для снабжения дополнительным соединением (81) второй жидкости (41) или газированного напитка (2), при этом дополнительное соединение (81) предпочтительно выбирают из группы, состоящей из ароматизатора, вкусовой добавки, красителя, сахара и минерального вещества.

8. Карбонизатор (1) напитка по п. 1, в котором фотоэлектрический элемент (22) предназначен также для получения H₂O₂.

9. Способ получения газированного напитка (2), заключающийся в фотоэлектрохимическом превращении сахарида (23) в первой жидкости (21) в CO₂ для получения воздуха (25), обогащенного CO_2, и смешивании CO₂ или воздуха, обогащенного CO₂ (25), под давлением со второй жидкостью (41) для получения газированного напитка (2).

10. Способ по п. 9, в котором используют карбонизатор (1) напитка согласно любому из пп. 1-8.

11. Способ по п. 9, в котором первая жидкость содержит в качестве сахарида одно или более из глюкозы и сахарозы.

12. Способ по п. 9, в котором второй жидкостью является вода.

13. Способ по п. 9, в котором дополнительно снабжают фотоэлектрический элемент светом от источника света.

14. Способ по п. 9, в котором дополнительно осуществляют хранение воздуха, обогащенного CO_2, под давлением.

15. Способ по п. 9, который дополнительно включает очистку второй жидкости с помощью H₂O₂ до смешивания воздуха, обогащенного CO₂, под давлением со второй жидкостью.